化学反应过程与设备理论考核试题及答案

化学反应过程与设备理论考核试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.对于一级不可逆反应A→A.CA与tB.lnCA与C.1CA与D.CA2与答案：B解析：一级反应积分式为CA=CA0e−2.全混流反应器（CSTR）的基本特征是：A.物料沿轴向无返混，浓度沿流动方向递降B.物料充分混合，釜内浓度处处相等且等于出口浓度C.所有物料在反应器内停留时间相同D.反应速率沿流动方向逐渐增大答案：B解析：CSTR内物料达到完全混合，釜内组成均匀，因此出口组成与釜内组成相同；C项是平推流的特征。3.平推流反应器设计方程建立的基本假设是：A.径向完全混合，轴向无返混B.轴向返混趋于无穷大C.反应器内温度始终不变D.反应物体积流量不沿程变化答案：A解析：平推流模型假定流体沿轴向像活塞一样平推前进，径向均匀，轴向无返混；温度不变不是设计方程的必要假设。4.用脉冲示踪法测定停留时间分布，所得E(A.0B.1C.平均停留时间tD.方差σ答案：B解析：E(t)5.一级串联反应A→k1R→A.eB.1C.1D.2答案：A解析：串联一级反应在k1=k2时，最佳反应时间满足k16.下列措施中，不能改变反应本征速率常数k的是：A.升高温度B.更换催化剂C.增大反应物浓度D.改变溶剂种类答案：C解析：速率常数k取决于温度、催化剂、溶剂等本质因素，与浓度无关；增大浓度只能提高反应速率，并不改变k值。7.对于自催化反应A→R（A.单个平推流反应器B.单个全混流反应器C.全混流反应器在前、平推流反应器在后的组合D.两个全混流反应器并联答案：C解析：自催化反应初期需先产生一定量产物R以加速反应，故先用一个CSTR使转化率达到适宜值，再用PFR完成深度转化。8.不可逆放热反应作绝热操作时，绝热温升ΔTA.反应物初始浓度B.反应热效应C.反应器体积D.反应物系的热容答案：C解析：绝热温升ΔT9.气固催化反应中，当内扩散影响严重时，测得的表现活化能：A.等于本征活化能B.约等于本征活化能的一半C.约等于本征活化能的两倍D.与温度无关答案：B解析：内扩散强烈影响时，过程受扩散控制，表观速率常数中的温度指数项减半，故表观活化能约为本征活化能的1/10.用多级全混流模型描述非理想流动时，等效级数N越大，反应器流动状况越接近：A.全混流B.平推流C.完全死区D.短路流动答案：B解析：N=1时为单个全混流反应器，N→二、判断题（每题2分，共20分）1.反应速率常数k与反应物浓度无关，主要取决于温度。答案：正确2.全混流反应器内各点物料组成相同，且等于出口组成。答案：正确3.恒容条件下，反应转化率可表示为xA答案：正确4.对于一级反应，在等温间歇釜式反应器中达到相同转化率所需时间与初始浓度无关。答案：正确解析：一级反应积分式为kt=ln5.对于二级反应，在等温间歇釜式反应器中达到相同转化率所需时间与初始浓度无关。答案：错误解析：二级反应积分式为kt6.恒容条件下，全混流反应器的空间时间τ=答案：正确7.总体积和进料条件相同时，两个同体积全混流反应器串联的最终转化率低于单个全混流反应器。答案：错误解析：多釜串联可有效减小返混造成的不利影响。以一级反应为例，两个等体积CSTR串联的转化率高于单个等体积CSTR。8.多个平推流反应器串联使用时，总体效果与一个体积等于总和的平推流反应器相同。答案：正确9.气固催化反应中，减小催化剂颗粒粒径可减小内扩散阻力，从而提高表观反应速率。答案：正确10.平行反应中，若主反应级数高于副反应级数，则应降低反应物浓度以提高瞬时选择性。答案：错误解析：主反应级数高于副反应时，高浓度有利于主反应，应维持较高的反应物浓度。三、简答题（每题6分，共24分）1.简述平推流反应器（PFR）与全混流反应器（CSTR）的流动特征，并比较二者转化率的高低。答案：(1)平推流反应器内流体沿轴向像活塞一样平推前进，径向完全混合、轴向无返混，所有物料在反应器内停留时间相同，反应物浓度沿流动方向逐渐降低。(2)全混流反应器内物料连续充分混合，釜内浓度处处相等且等于出口浓度，存在明显返混，停留时间分布很宽。(3)对大多数正级数反应，在相同温度、初始浓度和反应器体积条件下，PFR所能达到的转化率高于CSTR。2.写出等温恒容间歇釜式反应器中一级不可逆反应的动力学积分式，并说明转化率接近1时反应时间的变化规律。答案：一级不可逆反应A→B的速率方程为(−k即CA=C3.何谓停留时间分布？简述用脉冲示踪法测定停留时间分布密度函数E(答案：(1)停留时间分布是指流体微元在反应器内停留时间的统计分布规律，用分布密度函数E(t)(2)脉冲示踪法是在反应器入口瞬时注入一定量示踪剂M，同时在出口连续测定示踪剂浓度C((3)由于示踪剂在出口出现的时刻和浓度反映了流体微元在反应器内停留时间的长短，可按下式计算E(E4.对平行反应A→P（主反应，级数n1）、A→S（副反应，级数n2），分别讨论答案：瞬时选择性可表示为S(1)当n1>n2时，CA越高选择性越大，宜选用平推流反应器或间歇釜，并保持高反应物浓度操作；(2)当n四、计算题（每题12分，共36分）1.等温间歇釜式反应器中进行液相一级不可逆反应A→B，反应速率常数(1)转化率达到90%所需反应时间t1(2)转化率达到99%所需反应时间t2，并计算t2为答案：对一级恒容间歇釜，有t(1)当xAt(2)当xAtt即转化率从90%提高到99%，反应时间增加到原来的2倍。解析：本题关键在于一级反应积分式的应用。由kt2.液相二级反应A+B→C，速率方程为(−rA(1)若在单个全混流反应器中进行，要求转化率为80%，求所需反应器有效体积V；(2)若将体积V等分成两个全混流反应器串联操作，进料条件不变，求最终转化率。答案：(1)单个CSTR设计方程：V代入数据：V(2)每个釜体积Vi=100 L对第一釜：τ即10解得xAC对第二釜：τ10C最终转化率x即最终转化率约为87.8%。解析：本题依次应用单个CSTR和串联CSTR的设计方程。第一釜出口浓度即第二釜进口浓度，第二釜按τ=3.在某一流动反应器中进行脉冲示踪实验，瞬时注入示踪剂后，反应器出口测得示踪剂浓度C(t024681012C0586310试用梯形法数值积分求：(1)流体的平均停留时间t；